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Rotierende Verdrängerpumpe oder -motor Die Erfindung betrifft eine
rotierende Verdrängerpumpe oder -motor mit einem Schwingkolben, welcher im Hohlraum
eines zylindrischen, an seiner Außenumfangsfläche von einer entsprechenden Gehäuseinnenumfangswand
dichtend umgebenden Außenrotors mitrotierend um eine einzige, die Drehachse des
Außenrotors senkrecht schneidende Querachse Schwingbewegungen ausführt.
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Es sind rotierende Verdrängerpumpen oder -motoren bekannt, die einen
umlaufenden sowie schwingenden Kolben aufweisen, der als Kugelkolben ausgebildet
in einem Ring gelagert ist. Es ist weiterhin bekannt, die kugelförmigen Schwingkolben
in einem entsprechend kugeligen Gehäusehohlraum zu lagern. Die Saugräume können
dabei auf der einen und die Druckräume auf der anderen Pumpenseite liegen. Zwecks
besserenDruckausgleichs ist es auch bekannt, je zwei Saugräume und je zwei Druckräume
einander gegenüberliegend anzuordnen. Beim Drehen der Antriebswelle und eines mit
ihr verbundenen Antriebskörpers führt der Schwingkolben sowohl eine drehende als
auch eine schwingende Bewegung aus, wobei sich von den Schwingkolbenflanken und
den Wandungen des Außenrotors gebildete Kammern vor Saug- bzw. Druckstutzen abwechselnd
öffnen und schließen.
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Die Regulierung und Umsteuerung bei solchen rotierenden Verdrängerpumpen
oder-motoren erfolgt durch Verstellen einer geneigt zur Antriebsachse gelagerten
Hilfswelle.
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Bei den bekannten Pumpen oder Motoren mit je zwei einander gegenüberliegenden
Saug- und Druckräumen, deren Fördermengen während des Betriebs geändert werden können,
sind die wesentlichsten aufeinandergleitenden und abdichtenden Flächen kugelförmig.
Solche Kugelflächen können nur mit hohen Kosten und begrenzter Genauigkeit hergestellt
werden, so daß keine hochwertige Abdichtung erreichbar ist.
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So ist z. B. eine Pumpe bekannt, bei der die Abdichtung der Hilfswelle
und des Schwingkolbens an kugelförmigen Flächen erfolgt, deren Herstellung, zumal
die Dichtungsflächen nicht durchlaufend ausgebildet, sondern durch Zylinderflächen
angesetzter Zapfen unterbrochen sind, sehr kostspielig und schwierig ist. Die erforderliche
Genauigkeit kann beim Herstellen solcher Dichtungsflächen nicht erreicht werden.
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Dasselbe gilt auch für eine andere bekannte Pumpe, die überdies nur
für elastische Medien, z. B. Gase oder Dämpfe, und nicht für Flüssigkeiten verwendbar
ist. Von Nachteil bei dieser Pumpe ist ferner, daß die Größe des wirksamen Hubraumes
nicht verändert werden kann.
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Bei einer anderen bekannten Pumpe führt der Schwingkolben im Hohlraum
eines zylindrischen, an seiner Außenumfangsfläche von einer entsprechenden Gehäuseinnenumfangswand
dichtend umgebenen Außenrotors, mitrotierend um eine einzige die Drehachse des Außenrotors
senkrecht schneidende Querachse, Schwingbewegungen aus.
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Die Abdichtungsflächen des Schwingkolbens sind innen und außen zwar
zylindrisch. Der Schwingkolben liegt aber an einem Antriebskörper an, dessen Antriebszapfen
nicht auf einer Drehbank bearbeitet werden kann sondern gefräst oder gehobelt werden
muß. Das ist kostspielig und begrenzt die erreichbare Genauigkeit. Außerdem hat
auch diese Pumpe den Nachteil, daß die Förderleistung während des Betriebs nicht
geändert werden kann.
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Auch bei einer weiterhin bekannten Pumpe sind zwar zylindrische Dichtungsflächen
vorgesehen, jedoch sind nur zwei sich gegenüberliegende Arbeitskammern vorhanden,
so daß die Antriebswelle nicht durch Druckausgleich, wie dies bei vier Kammern der
Fall ist, entlastet wird. Außerdem wird die Bewegung des Schwingkolbens durch Gleiten
auf feststehenden, zur Antriebsachse geneigten ebenen Flächen bewirkt, was größere
Reibungsverluste zur Folge hat, und auch bei dieser Pumpe kann die Fördermenge während
des Betriebes nicht geändert werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine während des Betriebs
regelbare und umsteuerbare rotierende Verdrängerpumpe oder -motor zu schaffen, bei
der ausschließlich zylindrische Flächen dichtend aufeinandergleiten, um Bauelemente
mit nur zylindrischer Begrenzung verwenden zu können, die sich für eine Massenfabrikation
eignen und mit geringem Kostenaufwand und genau hergestellt werden können, wobei
ein wesentlicher Teil der Aufgabenstel-. Jung darin besteht, bei einer solchen Pumpe
paarweise
einander gegenüberliegende Saug- und Druckräume zu schaffen,
um die Antriebswelle der Pumpe durch Druckausgleich zu entlasten.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Maschine der eingangs erwähnten
Art der in an sich bekannter Weise aus einem walzenförmigen Nabenkörper und zwei
an den Außenflächen zylindrischen Flügeln bestehende Schwingkolben im Außenrotor
gelagert und so in dem in an sich bekannter Weise aus einer zur Querachse koaxialen
zylindrischen Bohrung und zwei dazu zentrischen, den Flügeln angepaßten zylindersektorförmigen
Kammern bestehenden Hohlraum des Außenrotors schwingbeweglich angeordnet ist, daß
zwischen den Längsseitenflächen der Flügel und den Wänden der Sektorkammern des
Hohlraumes des Außenrotors insgesamt vier Verdrängerkammern gebildet sind und daß
ferner in bezüglich der Querachse symmetrischer Anordnung von jeder Verdrängerkammer
ein Kanal zur Außenumfangsfläche des Außenrotors führt und dabei abwechselnd mit
je einem im Gehäuse angeordneten, den Außenrotor als Bogenstück umgebenden Saug-
oder Druckkanal in Verbindung kommt.
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Bei einer bevorzugten Ausbildung der Pumpe ist vorgesehen, daß der
Schwingkolben in an sich bekannter Weise mit einer Hilfswelle versehen ist, deren
äußeres Ende in einem Statorteil gelagert ist, während das kolbenseitige Ende mit
zwei parallelen Abflachungen versehen ist und so in einer prismenförmigen Ausnehmung
des Schwingkolbens befestigt ist, daß es in einer zur Schwingrichtung des Schwingkolbens
senkrechten Ebene Winkelbewegungen gegenüber diesem ausführen kann.
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Um den Schwingungsausschlag des Schwingkolbens gegenüber dem Außenrotor
verändern zu können, ist nach der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß in an sich
bekannter Weise der Winkel zwischen der Hilfswelle und der Drehachse des Außenrotors
verstellbar ist, indem der äußere Lagerpunkt der Hilfswelle 4 in Querrichtung
zur Drehachse des Außenrotors verschiebbar ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäß der Linie
A -B in F i g. 2, F i g. 2 einen Längsschnitt gemäß der Linie C-D in F i
g. 1 und F i g. 3 einen teilweisen Querschnitt gemäß der Linie E-F in F i g. 1.
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Die Pumpe besteht im wesentlichen aus einem zylindrisch ausgebohrten
Gehäuse 1, in dem ein angetriebener Außenrotor 2 umläuft. In ihm dreht sich
um eine die Drehachse des Außenrotors senkrecht schneidende Querachse 10 (F i g.
2) ein Schwingkolben 3 hin und her und bewirkt dadurch die Förderung der zu pumpenden
Flüssigkeit, während der Außenrotor selbst nach Art eines Drehschiebers die Ein-
und Auslaßkanäle K1, K., steuert. Der Außenrotor weist in seinem Inneren eine zur
Ouerachse10 (Fig.2) zentrische Bohrung 11 und zwei dazu zentrische zylindersektorförmige
Kammern 12 auf.
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Der Schwingkolben 3 besteht aus einem walzenförmigen Nabenkörper 3
a und zwei an den Außenflächen zylindrischen Flügeln 3b. Der Nabenkörper
3 a ist in der Bohrung 11 gelagert. Sowohl der Außenrotor 2 als auch der
Schwingkolben 3 sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht jeweils als ein Stück
dargestellt. Selbstverständlich wird man den Außenrotor 2 und den Schwingkolben
3 aus Gründen der Herstellbarkeit je aus mehreren Teilen zusammensetzen, was hier
jedoch nicht näher erläutert werden soll.
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Zwischen den Längsflächen der Flügel 3 6 des Schwingkolbens 3 und
den Wänden der Sektorkammern 12 des Außenrotors 2 bilden sich vier
Verdrängerkammern D,, D., und Si, S., (F i g. 1), und von jeder dieser Kammern
führen- je ein Kanal 9 zur Außenumfangsfläche des Außenrotors 2, wobei
die Kanäle 9 beim Schwingen des Kolbens abwechselnd mit je einem im Gehäuse
I angeordneten, den Außenrotor als Bogenstück umgebenden Saug- oder Druckkanal
15 (F i g. 3) in Verbindung kommen und die beiden Flügel 36 beim Hin- und Herschwingen
periodisch die Volumina der Verdrängerkammern ändern und dabei abwechselnd zu Saug-
und Druckräumen Dl, DZ bzw. St, S., werden.
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Die Größe der Schwingungsausschläge des Schwingkolbens 3 hängt davon
ab, unter welchem Winkel eine mit dem Schwingkolben verbundene Hilfswelle
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zur Achse der Antriebswelle 14 steht. Dieser Winkel kann während
des Betriebs in bekannter Weise mittels einer Verstellvorrichtung 5 (F i
g. 1) geändert werden. Diese besteht aus der mit dem walzenförmigen Nabenkörper
3a verbundenen Hilfswelle 4, die mit ihrem kolbenseitigen Ende in der durch
die Kolbenachse gehende Ebene um einen Zapfen 6 frei schwingen kann, während
sie in der dazu senkrechten Ebene gegenüber dem Kolben unbeweglich ist. Das kolbenseitige
Ende der Hilfswelle ist zu diesem Zweck mit zwei parallelen Abflachungen versehen
und derart in einer prismatischen Ausnehmung 3 c des Schwingkolbens 3 befestigt,
daß es in einer zur Schwingrichtung des Kolbens 3 senkrechten Ebene Winkelbewegungen
gegenüber diesem ausführen und die Schwingbewegung des Kolbens erzwingen und die
Reaktionsmomente übertragen kann.
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Die Hilfswelle 4 steht anderenends über ein Kugellager
7 und einen Bügel 8 mit einer Stange 13 kreuzgelenkartig in
Verbindung, die aus dem Gehäuse 1
herausgeführt und als Schraubenspindel ausgebildet
ist, so daß sie auf und nieder gedreht werden kann. Das hat dann zur Folge, daß
die Hilfswelle 4 aus der Nullage O heraus sowohl in die Lage a-b als auch
in die Lage c-d verstellt werden kann. Dabei wird bei der Verstellung aus der Nullstellung
heraus nach der einen oder anderen Richtung je nach Drehrichtung die größte volumetrische
Leistung bei unveränderter Drehrichtung der Antriebswelle 14 erreicht, wobei
je nach der Drehrichtung der Antriebswelle jeder Gewindeanschluß KI, K, der Pumpe
einmal zur Saugseite und einmal zur Druckseite wird.